Ein Rochenroboter mit Rattenherz

Energieeffizienz wird in der Natur groß geschrieben. Die wellenförmige Fortbewegung eines Stachelrochens hat nun US-Forscher dazu bewegt, einen kleinen Roboter zu entwickeln, der genauso vorankommt wie sein Vorbild und in dessen Innerem ein Rattenherz „schlägt“.

In der Biomechatronik und Biomechanik nehmen sich Wissenschaftler biologische Systeme und Abläufe zum Vorbild, um Maschinen und Roboter zu entwerfen. Ein Beispiel dafür hat nun ein Team um Sung-Jin Park von der Harvard University vorgestellt: ein kleines „künstliches Tier“, das sich an den Bewegungen eines Stachelrochens orientiert.

Das Skelett des Kunstrochens besteht aus Gold, seine Körperhülle aus elastischem Kunststoff. Den Motor des 16 Millimeter langen Roboters bildet eine Schicht, die mit etwa 200.000 Herzmuskelzellen von Ratten besetzt ist.

Lichtempfindliche Herzmuskelzellen

Der Rochen-Ratten-Roboter wird durch Lichtsignale gesteuert, auf die die genmanipulierten Herzzellen der Ratten reagieren: Sie ziehen sich zusammen. Durch die Kontraktion bewegen sich die Rochenflossen in der typischen Wellenform nach unten. Die anschließende Aufwärtsbewegung erfolgt passiv, weil das Innenskelett einen Teil der bei der Abwärtsbewegung gespeicherten Energie wieder freisetzt und so die Flosse aufwärts bewegt.

Linke Hand: der Roboterrochen im Vergleich zu münzen; rechte Hand: ein echter kleiner Rochen
Karaghen Hudson
Linke Hand: der Roboterrochen im Vergleich zu Münzen; rechte Hand: ein echter kleiner Rochen

Schwimmen kann der Rochen nur in einer Nährstofflösung, die die Herzmuskelzellen am Leben erhält. Die Forscher können mit unterschiedlichen Lichtsignalen die linke und rechte Flosse getrennt aktivieren und den Roboter so lenken. Er kann Hindernisse elegant umschwimmen und erreicht dabei eine Geschwindigkeit von 1,5 Millimetern pro Sekunde.

Beispiel für Soft-Robotik

Der Minirochen demonstriert die Ziele der Soft-Robotik, einer noch recht jungen Teildisziplin innerhalb der Robotik. Dabei versuchen Wissenschaftler, harte und weiche Bestandteile miteinander zu kombinieren - oft nach biologischen Vorbildern.

Video: Mit Lichtfrequenz ändert sich die Geschwindigkeit des Roboters

Warum das Ganze? Dazu machen die Forscher in der Studie keine Angaben, ihre Arbeit sei ein erster Schritt, „Systeme herzustellen, die neurodynamische, mechanische und komplex kontrollierbare Bewegungen verknüpfen“.

Damit könnten in Zukunft eigenständige künstliche Wesen geschaffen werden, „die mehrere sensorische Reize verarbeiten und komplexe Verhaltensweisen herstellen können“ – nicht zuletzt auch für die US Army, einer der Sponsoren der Studie.

science.ORF.at/APA/dpa

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